Выполнение работы

Теоретическое введение

Жесткость воды

Лабораторная работа 17

Цель работы: изучить виды жесткости воды и методы ее устранения.

Задание: проделать опыты и определить общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Жесткость воды обусловливается присутствием в ней солей кальция и магния. Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную)жесткость. Временную жесткость придают воде гидрокарбонаты кальцияи магнияCa(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, постоянную − сульфаты и хлориды этих металлов CaSO₄, MgSO₄ и CaCl₂, MgCl₂ Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды.

Жесткость воды выражается числом миллимолей эквивалентов ионовСа²⁺ и Мg²⁺, содержащихся в 1 л воды (ммоль/л). Один миллимоль эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов кальция Са²⁺или 12,16 мг/л ионов магния Мg²⁺.

Для определения общей жесткости воды используется метод комплексонометрии. В основе этого метода лежит титрование воды раствором трилона Б в присутствии аммиачного буферного раствора и индикатора хромогена черного ЕТ-00 до перехода винно-красной окраски в синюю.

В присутствии ионов Са²⁺ и Мg²⁺ индикатор окрашивается в красный цвет, при отсутствии − в синий. При титровании жесткой воды раствором трилона Б происходит связывание ионов Са²⁺ и Мg²⁺, поэтому в конце титрования индикатор изменяет окраску и раствор становится синим.

Определение карбонатной жесткости воды сводится к определению концентрации гидрокарбонат-ионовНСО₃^‾ и, тем самым, эквивалентной этим ионам концентрации ионов жесткости Са²⁺ и Мg²⁺. Анализ проводят методом нейтрализации. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии метилоранжа раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую.

Анион НСО₃^‾вводе гидролизуется: НСО₃^‾ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + ОН^‾,

поэтому вода имеет щелочную реакцию среды и метилоранж в ней окрашен в желтый цвет. При титровании раствором HCl такой воды протекает реакция нейтрализации: ОН^‾ + Н⁺ ↔ Н₂О.

Ионы Н⁺ нейтрализуют количество ионов ОН^‾, эквивалентное концентрации ионов НСО₃^‾.

Анализ воды на жесткость предполагает обычно:

1) определение общей жесткости Ж_о;

2) определение карбонатной жесткости Ж_к;

3) вычисление некарбонатной жесткости Ж_нк = Ж_о – Ж_к.

Опыт 1. Определение общей жесткости воды

В коническую колбу вместимостью 300 мл отмерить мерной колбой 100 мл анализируемой воды. Добавить к исследуемой воде 5 мл аммиачного буферного раствора, 5−7 капель индикатора хромогена черного и медленно титровать раствором трилона Б, постоянно перемешивая, до перехода винно-красной окраски в синюю.

Повторить титрование еще раз. Если результаты двух титрований совпадут (ΔV £ 0,1 мл), то по полученным результатам рассчитать общую жесткость. В противном случае необходимо оттитровать пробу воды еще раз.

Требование к результату опыта

Вычислить общую жесткость воды по формуле

Ж_о = (с_эк·V₁·1000) / V₂ ,

где с_эк – молярная концентрация эквивалентов трилона Б, моль/л; V₁ – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование, мл; V₂ – объем анализируемой воды, мл.

Опыт 2. Определение карбонатной и некарбонатной жесткости воды

В коническую колбу вместимостью 300 мл отмерить мерной колбой 100 мл воды, добавить к ней несколько капель метилоранжа. Подготовленную пробу оттитровать раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Повторить титрование еще раз. Если результаты двух титрований совпадут (ΔV £ 0,1 мл), то по полученным результатам рассчитать карбонатную жесткость. В противном случае необходимо оттитровать пробу воды еще раз.

Требования к результатам опыта

1. Вычислить карбонатную жесткость воды по формуле

Ж_к = (с_эк·V₁·1000)/V₂ ,

где с_эк· – молярная концентрация эквивалентов HCl, моль/л; V₁ – объем раствора HCl, пошедшего на титрование, мл; V₂ – объем анализируемой воды, мл.

2. Вычислить некарбонатную жесткость воды по разности

Ж_нк = Ж_о – Ж_к.